(57)【要約】【課題】  傾斜姿勢でもって簡単に被測定対象へ取付けすることができると共に、傾斜角度が変っても計測感度がほぼ一定で大きく変動せず、しかも安価に製造できるようにした光式計測センサを提供する。【解決手段】  容器本体と、容器本体の中に液面を有するように密封した液体と、容器本体の前記液面の上方空間内に設けた受光器と、前記液体の内部に配設され、液体内へ放射した光を液体の液面を透過させて前記受光器へ入射する光源とから構成され液面の振動による受光器への入射光の変動を検出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器本体と、容器本体の中に液面を有するように密封した液体と、容器本体の前記液面の上方空間内に設けた受光器と、前記液体の内部に配設され、液体内へ放射した光を液体の液面を透過させて前記受光器へ入射する光源とから構成され液面の振動による受光器への入射光の変動を検出することを特徴とする光式計測センサ。
【請求項２】
液体を水に、光源をＬＥＤに及び受光器をフォトカプラーにした請求項１に記載の光式計測センサ。
【請求項３】
容器本体の内部空間を空気層とした請求項１に記載の光式計測センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、寝台上の患者や家屋、乗用者、大地、人などの状態を計測するための計測センサの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
出願人は、先に、超音波計測センサを用いて人や物などの動きを計測し、それらが現在どのような状態にあるかを遠隔地において把握できるようにした超音波計測装置を開発し、特開２００３−３１５０３０号として公開している。
【０００３】
図７は前記超音波計測装置の構成概要図であり、当該超音波計測装置Ａは超音波計測センサＢと超音波制御装置Ｃとから形成されている。
また、前記超音波計測センサＢは密閉容器１と、容器１内に充填した水等の液体２と、容器１の底面に配設した超音波を送・受信する超音波振動子３とから形成されており、超音波振動子３から超音波ｂを送信すると共に、液面Ｌに於いて反射された超音波Ｃを受信してこれを電気信号ｄに変換し、超音波制御装置Ｃへ出力する。
【０００４】
超音波計測装置Ｃは超音波振動子３からの送信超音波ｂの送信間隔や波長、強度等を制御する制御信号ａをケーブル４を介して超音波振動子３へ出力すると共に、受信信号ｄの周波数分布の演算や強度分布、相関関数の演算、各演算値の表示等を行い、超音波計測センサＢからの受信信号ｄにより、超音波計測センサＢに加わる環境の変化やその状態を判別並びに表示（報知）する。
【０００５】
図８は、病院用ベッドＤへ前記超音波計測装置Ａを適用した例を示すものであり、患者５の動静をベッドＤ等へ取り付けした超音波計測センサＢ1 、Ｂ2 、Ｂ3 、により検出し、超音波計測装置Ｃで解析した患者の動静（例えば、睡眠、不在、ふるえ、起床、死等）を示す情報信号ｅをナース等へ出力する。
【０００６】
前記特開２００３−３１５０３０号に係る超音波計測センサＢは、患者等の動静（状態）のみならず、人物の固定、建物の警備、加速度の検出（地震検出）等を比較的簡単且つ正確に行えると云う優れた実用的効用を有するものである。
【０００７】
しかし、当該超音波計測センサＢにも解決すべき問題が多く残されている。その中でも、下記のイ、ロ及びハの事項はその解決が特に急がれているものである。
（イ）計測感度の点から超音波計測センサＢを常に水平姿勢で取り付ける必要があり、超音波計測センサＢの密閉容器１の外形寸法にもよるが、約５°〜７°以上の傾斜角が生ずると、送信超音波ｂの反射である受信超音波Ｃの強度が小さくなり過ぎて、振動の検出が不可能になること。
（ロ）超音波計測センサＢや超音波計測装置Ｃの消費電力が比較的大きく、ＡＣ電源が必要になること。
（ハ）超音波計測装置Ｃの小型化が困難であって、計測装置が大型になること。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３１５０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、従前のこの種超音波計測装置Ａに於ける上述の如き問題、特に超音波計測センサＢを使用する限り不可避な問題である取付姿勢、消費電力及び装置の大型化等の問題を解決することを発明の主たる目的とするものであり、超音波計測センサＢに替えて新規な光式計測センサを用いることにより、センサ取付姿勢の自由度を高めると共に消費電力の削減及び装置の大幅な小型化を可能とした光式計測センサを提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、容器本体と、容器本体の中に液面を有するように密封した液体と、容器本体の前記液面の上方空間内に設けた受光器と、前記液体の内部に配設され、液体内へ放射した光を液体の液面を透過させて前記受光器へ入射する光源とから構成され液面の振動による受光器への入射光の変動を検出することを発明の基本構成とするものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、液体を水に、光源をＬＥＤに及び受光器をフォトカプラーにしたものである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、容器本体の内部空間を空気層としたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の光式計測センサにおいては、液面を透過した光源からの光を受光器へ入射させると共に、容器本体内の液体が振動することにより生ずる液面の振動を利用して液面を透過する光を散乱させ、受光器へ入射する光量の変動を検出する構成としている。
その結果、液面Ｌが水平方向に対して大きく傾斜しても、傾斜角が例えば最大４０度位までであれば、入射光に対する受光器の計測感度はほぼ一定となり、安定した振動状態の計測が行える。その結果、光式計測センサの取付けに対する制約が少なくなり、傾斜状の取付けも行えるため、光式計測センサの適用範囲が広くなるだけでなく、取付けそのものが極めて容易なものとなる。
【００１４】
また、使用部品が発光ダイオード（ＬＥＤ）とフォトカプラーであるため、光式計測センサの製造コストの大幅な引下げが可能になると共に、使用部品の消費電力も少なくなり、所謂電池による作動が可能となる。
【００１５】
更に、使用部品が少ないために装置の小型化が可能となる。例えば、光式計測センサ制御装置の外形寸法は６６．５mm×６６．５mm×２８mmに押えることが可能となり、従前の超音波計測センサ制御装置の場合に比較して大幅な小型化、軽量化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明に係る光式計測センサＰの断面概要図である。尚、図１に於いて１は容器本体、２は透明液体（水）、６は光源（発光ダイオードＬＥＤ）、７は受光器（フォトカプラー）であり、水面の上方部は空気層の空間部８となっている。尚、空間部８へ水に不溶性の透過気体を充填するようにしてもよい。
又、本実施例では液体２を水としているが、光を透過させる透明な液体であれば如何なるものであってもよい。
【００１７】
前記容器本体１は直径約３０ｍｍ、高さ約３５ｍｍの外形寸法に形成されており、所謂エンジニヤリングプラスチックにより形成されている。
【００１８】
前記光源６には所謂発光ダイオード（ＬＥＤ）が、また受光器７にはフォトカプラが夫々使用されており、本実施形態に於いては、発振開始電流３０〜６０ｍＡ、動作電流４５〜７０ｍＡ、動作電圧１．９〜２．３Ｖ、発振波長７７０〜８１０Ｎｍ、水平拡がり角８〜１５ｄｅｇ、垂直拡がり角２０〜４５ｄｅｇ、水平方向光軸傾き±２ｄｅｇ、垂直方向光軸傾き±２ｄｅｇの電気的・光学的特性を具備する発光ダイオード及びフォトカプラーが使用されている。
尚、前記光源６はその発光面を水没させると共に下面を大気中へ露出させた状態で容器本体１へ取り付けされているが、光源６の全体を水没させるようにしてもよいことは勿論である。
【００１９】
図１を参照して、発光ダイオード光源６から発せられた検出先Ｓは、水２内を直線状に透過し、水面Ｌが平面の場合には液面で散乱されることなくそのまま直線状に空間８内へ透過し、受光器７の受光面に到達する。
即ち、この場合には、検出先Ｓは殆んど減衰することなしに受光器７の受光面へ入射されることになり、受光器７の検出出力Ｖは最大となる。
【００２０】
いま、容器本体１が外力等により振動を受けると、これにより内部の水が揺動し、当然にその水面Ｌにも揺れが発生する。
而して、水面Ｌに揺れが発生すると、水面Ｌを透過する検出先Ｓが水面の揺れの大きさや振動数に応じて散乱し、結果として受光器７の受光レベル（検出出力Ｖ）が変化する。
本願発明の光式計測センサＰでは、この検出出力Ｖの変化の状態から、後述する光式制御装置Ｋに於いて、状態変化の内容が評価されることになる。
【００２１】
ところで、水を封入した容器本体１の底面から光を入射したとき、水面Ｌから空気層８へ入射する光の入射角度が約４１度ぐらいまでの間は、光のエネルギーの数％程度のみが反射するだけであり、大部分の光エネルギーは境界面を透過して空気層８へ入射する。その結果、もしも水面Ｌが振動を受けずに平滑面であれば、容器本体１の上部に放置した受光器７の変換された出力波形（電圧波形）の振幅は略一定値となる。
【００２２】
即ち、本発明の光式計測センサＰに於いては、その取付姿勢が傾斜した場合でも、傾斜角度が４０度位までであれば光源６から発せられた検出先Ｓは、図２に示すように水２内を透過して直進するため、検出出力Ｐｓは傾斜角θにあまり大きな影響を受けることがない。試験の結果によれば、傾斜角θが約４１度以下であれば、検出出力Ｐｓの変化率は約１〜３％位であって計測感度はほぼ一定となる。その結果、超音波計測センサの場合のように、傾斜角度θによって計測感度そのものが大きく変動することにより、計測可能範囲から逸脱してしまうということは殆んど起こらない。
【００２３】
また、図面には示していないが、光源６からの検出先Ｓの集光性を高めるために、集光レンズを光源６の発光面側に装着するようにしてもよく、また、光源６の発光面そのものを湾曲面状に形成して、受光器７の受光面上に検出先Ｓの進点を結ばせるようにしてもよい。
【００２４】
図３は、本発明に係る光式計測センサＰを用いた光式計測装置Ｑを病院用ベッドへ適用した場合を示すものであり、図３に於いてＤはベッド、４はケーブル、５は患者（人間）、Ｐは光式計測センサ、Ｋは光式計測センサ制御装置、Ｑは光式計測装置、ａは制御信号、Ｖは光検出出力、ｅは外部への情報信号である。
【００２５】
光式計測センサＰはベッドの下面等へ固定されており、患者５の動静に応じた振動が、光式計測センサＰ内の水２の水面に揺れを生じ、その結果水面に於いて空気層８内への入射光が散乱することにより、受光器７の受光エネルギーが変動する。即ち、振動が光式計測センサＰ内の水面Ｌの揺れを介して、受光器７の検出出力ｖの変化として検出される。
【００２６】
受光器７の検出出力ｖはケーブル４を通して光式計測センサ制御装置Ｋへ送られ、ここで入力された検出出力ｖを処理することにより、患者５の動静を判断し、その結果を情報信号ｅとして外部（ナース室）へ出力したり、光式計測センサ制御装置Ｋ上にディスプレイ表示をする。尚、図３の実施形態のように光式計測センサＰと光式計測センサ制御装置Ｋを分割せずに、両者を一体としてベッドＤ等へ取り付けしてもよいことは勿論である。
【００２７】
図４は本発明に係る光式計測装置Ｑの構成を示す説明図である。
光式計測装置Ｑは光式計測センサＰと光式計測センサ制御装置Ｋとから構成されており、光式計測センサＰからの受光器検出出力ｖがアンプ９を介して光式計測センサ制御装置Ｋへ入力される。
【００２８】
光式計測センサ制御装置Ｋには増幅部１０ａ、オフセット調整部１０ｂ、演算・評価部１１、電源回路部１２、光源駆動部１３、信号変換部１４等が設けられており、電源回路部１２にはＡＣアダプタ１５が付属している。
【００２９】
また、前記演算・評価部１１にはＡＤコンバータ１１ａ、演算処理部１１ｂ、記憶部１１ｃ、信号変換部１１ｄ等が設けられており、入力された検出出力ｖに基づいて人間や機械等の動静を評価し、その評価値を情報信号ｅとして外部へ出力する。
【００３０】
図５は、本発明に係る光式計測センサＰを図３に示すような状態でベッドＤへ適用し、患者３名（Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 ）を夫々着床させたとき及び離床させたときの受光器７の検出出力ｖの変化状態を記録したものである。
尚、患者Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 は、夫々異なる病院に入院しており、従って計測は夫々異なる場所で行われたものである。
【００３１】
尚、図５に於いて、横軸の初期値は光式計測センサＰの傾斜角度に関連した数値であり、傾斜角度θが１０度以下の場合には、初期値は略３００〜７００の間の数値となる。
また、縦軸のＰ−Ｐ値は受光器７の検出出力ｖの揺れの最大値と最低値の差の平均値（６秒間）を示すものである。
【００３２】
図５を参照して、例えば、患者Ｙ1 の場合、初期値が４００に対応する状態の光式計測センサＰでもって計測を開始し、患者Ｙ1 が離床しているとき（ベッドを空にしているとき）に３回（１回当り６秒間）、検出出力ｖのＰ−Ｐ値の平均を計測した。その結果はＰ−Ｐ値が何れも約２０（矢印Ａ）を示した。
【００３３】
次に、患者Ｙ1 を着床させ、ベッドＤ上に寝かせた。その時の検出出力ｖの平均Ｐ−Ｐ値（９回測定、各回６秒間測定）の平均値は５０〜６０の間に分布した（矢印Ｂ）。
更に、初期値６５０に対応する状態に光式計測センサＰの計測条件を変え、同じ測定を行った。その場合でも離床時の平均Ｐ−Ｐ値は２０〜２５の間であり、且つ着床時の平均Ｐ−Ｐ値は４０〜６８の間に分布した。
【００３４】
尚、他の患者Ｙ2 、Ｙ3 （Ｙ3 は初期値の変更なし）についても、ほぼ同じ傾向の測定値が得られた。
【００３５】
上記図５の結果からも明らかなように、本発明の光式計測センサＰによれば、受光器７の検出出力ｖの変動の度合（Ｐ−Ｐ値の大きさの変動）から、人の着床又は離床を十分に判別することができる。
【００３６】
図６は、本発明の光式計測センサＰを用いた他の計測例を示すものであり、２１時から６時までのベッドＤ上の患者の動静を示すものである。尚、横軸は時間、縦軸は図５の場合と同じ検出出力ＶのＰ−Ｐ振動値である。
検出出力ＶのＰ−Ｐ振幅値から、ベッドＤ上の患者の離床、睡眠、安静、寝返、移動等の動静を明確に峻別できることが示されている。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、患者の動静・心音計測、人や機械の安全度（又は危険度）、人物の同定計測、建物の防犯計測、移動体の加速度計測、地震計測などの広範囲の計測分野に共通して利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る光式計測センサの断面概要図である。
【図２】光式計測センサを傾斜姿勢で取付けした場合の説明図である。
【図３】本発明に係る光式計測装置をベッドへ適用した場合の説明図である。
【図４】本発明に係る光式計測装置Ｑの構成説明図である。
【図５】本発明に係る光式計測センサを用いて、患者用ベッドの計測を行った場合の着床時と離床時に於ける計測結果を示す線図である。
【図６】本発明に係る光式計測センサＰを用いた他の計測例を示す線図である。
【図７】従前の超音波計測装置の構成概要図である。
【図８】超音波計測装置をベッドへ適用した例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
Ｐは光式計測センサ
Ｓは検出先
Ｌは水面
ｖは受光器７の検出出力
Ｋは光式計測センサ制御装置
Ｑは光式計測装置
Ｄはベッド
ａは制御信号
ｅは情報信号
Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 は患者
１は容器本体
２は透明液体（水）
４はケーブル
５は人間
６は光源（ＬＥＤ）
７は受光器（フォトカプラー）
８は空間
９はアンプ
１０ａ・１０ｂはアンプ
１１は演算・評価部
１１ａはコンバータ
１１ｂは演算処理部
１１ｃは記憶部
１１ｄは信号変換部
１２は電源回路部
１３は光源駆動部
１４は信号変換部
１５はＡＣアダプター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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